اكتشف الباحثون في جامعة برينستون أن الثقب الأسود M87* يطلق الطاقة إلى الخارج، مما يساهم في تكوين نفاثات ضخمة. ويتحدى هذا الاكتشاف، المتجذر في النظرية النسبية لأينشتاين، وجهات النظر التقليدية حول الثقوب السوداء ويمكن اختباره بشكل أكبر باستخدام التلسكوبات المتقدمة. يفتح البحث آفاقًا جديدة لفهم ديناميكيات الثقب الأسود، على الرغم من أنه لا يشرح بشكل واضح مصدر طاقة النفاثات.
شيء واحد يعرفه الجميع عن الثقوب السوداء هو أن كل شيء قريب منها يتم امتصاصه. وقد قرر فريق من علماء الفيزياء الفلكية في جامعة برينستون أن الطاقة القريبة من الثقب الأسود M87* تُدفع إلى الخارج بدلاً من الداخل، وهو نقاش طويل الأمد في هذا المجال.
قال عالم الفيزياء الفلكية إليوت كواتايرت، أستاذ تشارلز أ. يونغ لعلم الفلك في جامعة برينستون: "على الرغم من تعريف الثقب الأسود على أنه جسم لا يمكن لأي شيء الهروب منه، إلا أن التنبؤ المفاجئ للنظرية النسبية لأينشتاين هو أن الثقوب السوداء تفقد الطاقة بالفعل". "يمكنها الدوران، وكما أن القمة الدوارة تتباطأ مع مرور الوقت وتفقد الطاقة أثناء دورانها، فإن الثقوب السوداء الدوارة أيضًا تفقد الطاقة إلى محيطها."
لقد تم قبول هذا النموذج على نطاق واسع من قبل العلماء منذ السبعينيات. لقد عرفوا أن المجالات المغناطيسية قد تستخرج الطاقة من الثقوب السوداء الدوارة، لكنهم لم يعرفوا كيف.
توصل فريق من علماء الفيزياء الفلكية في جامعة برينستون بشكل قاطع إلى أن الطاقة القريبة من أفق الحدث للثقب الأسود M87* تُدفع إلى الخارج وليس إلى الداخل. (M87 هو اسم المجرة ميسييه 87، لذا فإن الثقب الأسود الموجود في مركز المجرة يسمى M87*). وقال كواتيرت إن الباحثين ابتكروا أيضًا طريقة لاختبار التنبؤات بأن الثقوب السوداء تفقد الطاقة الدورانية، وحددوا أن هذه الطاقة هي التي أنتجت "التدفقات القوية التي نراها، والتي نسميها النفاثات".
وقال ألكساندرو لوبساسكا، وهو باحث سابق في مرحلة ما بعد الدكتوراه في جامعة برينستون، إن نفاثات تدفق الطاقة هذه "تشبه بشكل أساسي مليون سيف جيدي الضوئي يبلغ عمره سنة ضوئية" ويبلغ طولها 10 أضعاف طول مجرة درب التبانة.
وقد نشرت النتائج التي توصلوا إليها مؤخرا في مجلة الفيزياء الفلكية. أندرو تشيل، باحث مشارك في الفيزياء الفلكية، هو المؤلف الأول لهذه الورقة. وقد لعب هو والمؤلف المشارك جورج وونغ، وكلاهما عضوان في فريق Horizon Event Telescope، دورًا رئيسيًا في تطوير النموذج المستخدم لشرح الثقوب السوداء. كل من تشايل ووونغ ولوبساسكا وكواتايرت جميعهم من المنظرين المنتسبين إلى مشروع برينستون للجاذبية.
ينسب الفريق الفضل إلى شار في تقديم رؤية مهمة في قلب الورقة الجديدة: يكشف الاتجاه الحلزوني لخطوط المجال المغناطيسي عن اتجاه تدفق الطاقة.
وقال جورج هوانغ، الباحث المشارك في برنامج برينستون للجاذبية وعضو معهد الدراسات المتقدمة: "إذا حولت الأرض إلى مادة متفجرة من مادة تي إن تي وفجرتها 1000 مرة في الثانية لملايين السنين، فهذه هي الطاقة التي سنحصل عليها من M87".
لقد عرف العلماء منذ عقود أنه عندما يبدأ الثقب الأسود في الدوران، فإنه يسحب معه نسيج الزمكان. يتم سحب خطوط المجال المغناطيسي التي تمر عبر الثقب الأسود، مما يؤدي إلى إبطاء الدوران والتسبب في إطلاق الطاقة.
حصل لوبوساسكا، وهو باحث مشارك سابق في جامعة برينستون وأستاذ مساعد حاليًا في الفيزياء والرياضيات في جامعة فاندربيلت، على جائزة نيو هورايزنز لعام 2024 في الفيزياء من مؤسسة جائزة الاختراق لأبحاثه حول الثقوب السوداء.
وقال فريق البحث إنه على الرغم من أن تدفق الطاقة بالقرب من أفق الحدث لـ M87* يتدفق نحو الخارج، إلا أن تدفق الطاقة يمكن نظريًا أن يتدفق نحو الداخل في الثقوب السوداء المختلفة. وهم واثقون من الارتباط بين تدفق الطاقة واتجاه خطوط المجال المغناطيسي، وسيتم التحقق من توقعاتهم بأن تدفق الطاقة يأتي من الثقوب السوداء مع إطلاق "الجيل القادم" من تلسكوب أفق الحدث، الذي لا يزال في المرحلة النظرية.
اقترح الباحثون في مجال الثقوب السوداء حول العالم مواصفات للأدوات المستقبلية خلال العام ونصف العام الماضيين، وشدد الباحثون الأربعة في ورقتهم البحثية على أنهم لم يثبتوا بعد بشكل قاطع أن دوران الثقب الأسود "يعمل في الواقع على تشغيل نفاثات خارج المجرة"، على الرغم من أن الأدلة تميل بالتأكيد في هذا الاتجاه. على الرغم من أن مستويات الطاقة التي أظهرها نموذجهم تتناسب مع الطاقة التي تحتاجها النفاثات، إلا أنهم لا يستطيعون استبعاد احتمال أن يتم تشغيل النفاثات عن طريق البلازما الدوارة خارج الثقب الأسود. وقال لوبساسكا: "أعتقد أنه من المحتمل جدًا أن تقوم الثقوب السوداء بتزويد الطائرات بالطاقة، لكننا لا نستطيع إثبات ذلك". "ليس بعد."
المصدر المجمع: ScitechDaily